宋凡峰 吳廣祥

【摘 要】MATLAB是一種高效率的工程計(jì)算軟件，LabVIEW是一種高性能的圖形化虛擬儀器編程軟件，本文首先分析了幾種LabVIEW與MATLAB混合編程技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，然后在LabVIEW中通過(guò)MATLAB Script節(jié)點(diǎn)調(diào)用MATLAB，利用MATLAB圖像處理工具箱中的函數(shù)進(jìn)行圖像處理。

【關(guān)鍵詞】虛擬儀器；LabVIEW；MATLAB Script

MATLAB是一款強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算軟件，它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，針對(duì)不同領(lǐng)域的應(yīng)用，具有信號(hào)處理、圖像處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等幾十個(gè)專用工具箱；MATLAB缺點(diǎn)在于界面開(kāi)發(fā)能力較差，并且數(shù)據(jù)輸入、網(wǎng)絡(luò)通信、硬件控制等方面都比較繁瑣。

虛擬儀器是是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，LabVIEW是開(kāi)發(fā)虛擬儀器的、基于圖形化編程G語(yǔ)言的高效軟件，它圖形界面豐富，可以容易地制作各種界面。但在對(duì)各種算法的支持方面，LabVIEW的工具箱非常有限，這就限制了大型應(yīng)用程序的快速開(kāi)發(fā)。

如果能把二者的優(yōu)點(diǎn)想整合，利用混合編程技術(shù)在LabVIEW中調(diào)用和操作MATLAB，就可以相互補(bǔ)充，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)出高效率的虛擬儀器。

一、LabVIEW中調(diào)用和操作MATLAB的方法

LabVIEW和MATLAB混合編程的實(shí)現(xiàn)主要有以下幾種方法。

（一）利用MATLAB Script節(jié)點(diǎn)調(diào)用MATLAB算法

在MATLAB Script節(jié)點(diǎn)中，用戶可以編輯MATLAB程序，也可以直接調(diào)入已經(jīng)存在的MATLAB程序，并在LabVIEW環(huán)境下運(yùn)行。用戶可以很方便地在自己的LabVIEW應(yīng)用程序中使用MATLAB編寫(xiě)的算法和功能豐富的工具箱。

MATLAB Script節(jié)點(diǎn)對(duì)輸入、輸出數(shù)據(jù)的類型有明確的要求。目前兩者之間的數(shù)據(jù)通信僅支持Real、Real Vector、Real Matrix、Complex、Vector Complex、Matrix六種格式的數(shù)據(jù)，而且還必須根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。

用該方法實(shí)現(xiàn)LabVIEW與MATLAB的混合編程簡(jiǎn)單、實(shí)用，其缺點(diǎn)是沒(méi)有脫離MATLAB的環(huán)境，而只是將它在后臺(tái)執(zhí)行，所以這種方法必須在計(jì)算機(jī)中安裝有MATLAB。

（二）利用COM組件調(diào)用MATLAB算法

COM技術(shù)的核心就是二進(jìn)制接口規(guī)范，此規(guī)范獨(dú)立于編程語(yǔ)言和操作系統(tǒng)。從MATLAB6.5開(kāi)始增加MATLAB COM Builder功能，它可以幫助用戶將用M語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的算法自動(dòng)、快速地轉(zhuǎn)變?yōu)楠?dú)立的COM組件對(duì)象。通過(guò)COM組件，可以同其他用戶共享已經(jīng)開(kāi)發(fā)的算法，并且可以免費(fèi)地隨同COM應(yīng)用程序發(fā)布MATLAB算法。

LabVIEW在其Function》Communication》ActiveX模塊中提供了一組與組件操作相關(guān)的子VI，其中Automation Open節(jié)點(diǎn)打開(kāi)一個(gè)與COM對(duì)象相連的Refnum，然后該Refnum 能夠被傳遞給模塊中的其他函數(shù)節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)具體的COM對(duì)象操作，最后Close Automation節(jié)點(diǎn)關(guān)閉Refnum。

利用COM技術(shù)，MATLAB Builder for COM能夠?qū)⒌退賵?zhí)行的M文件編譯成二進(jìn)制的COM組件，嵌入到LabVIEW程序中。這種方法對(duì)于規(guī)模較大，性能、速度、內(nèi)存管理要求較高的LabVIEW應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，是非常有利的。

（三）利用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)

動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）是基于Windows程序設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的組成部分。在LabVIEW下利用DLL技術(shù)調(diào)用MATLAB，首先是用m文件翻譯器Matcom將MATLAB的，源文件翻譯為cpp代碼，并編譯為dll文件；然后用LabVIEW提供的調(diào)用庫(kù)函數(shù)（Call Library Function，CLF）節(jié)點(diǎn)，在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)DLL函數(shù)的調(diào)用。

該方法必須安裝Matcom，但是Matcom對(duì)class類和圖形窗口的支持不夠，使得圖像處理的一些功能不能使用，無(wú)法畫(huà)出像MATLAB中那樣精細(xì)的圖像。

比較以上三種方法可知，利用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的方法不適合調(diào)用MATLAB進(jìn)行圖像處理；利用COM組件可以完成調(diào)用MATLAB圖像處理的功能，但比較繁瑣，適合于大型系統(tǒng)設(shè)計(jì)；利用MATLAB Script節(jié)點(diǎn)可以方便地完成MATLAB圖像處理功能，滿足一般需求，開(kāi)發(fā)出小型高效的虛擬儀器系統(tǒng)。

二、LabVIEW與MATLAB混合編程圖像處理的實(shí)現(xiàn)

LabVIEW的每個(gè)程序就是一個(gè)VI，它包括前面板和框圖程序窗口兩部分。在LabVIEW中利用MATLAB Script實(shí)現(xiàn)MATLAB圖像處理方法為：在框圖程序窗口中，通過(guò)Functions Palette- Mathematics-Formula-MATLAB Script，打開(kāi)MATLAB Script節(jié)點(diǎn)，可以直接在其框圖中寫(xiě)入MATLAB圖像處理程序，也可以在框圖中點(diǎn)擊右鍵，在彈出菜單中選擇“import”，在對(duì)話框中選擇要導(dǎo)入的圖像處理M程序文件即完成了節(jié)點(diǎn)程序的寫(xiě)入。一般情況下推薦使用后者，在MATLAB環(huán)境下編譯通過(guò)的M文件導(dǎo)入節(jié)點(diǎn)可以節(jié)省調(diào)試時(shí)間，提高開(kāi)發(fā)效率。在框圖內(nèi)書(shū)寫(xiě)或調(diào)用文件時(shí)要保證每一條語(yǔ)句的完整性，或者完整寫(xiě)在一行，或者分行要有連接符，否則，程序運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。MATLAB Script節(jié)點(diǎn)的參數(shù)傳遞可通過(guò)添加輸入輸出完成。在節(jié)點(diǎn)邊框上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出式菜單中選擇“Add Input”或“Add Output”，注意數(shù)字圖像是以矩陣格式存儲(chǔ)的，所以輸入輸出圖像的數(shù)據(jù)格式選擇為Real Matrix。

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)LabVIEW與MATLAB混合編程，二者揚(yáng)長(zhǎng)避短，優(yōu)秀的LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言與強(qiáng)大的MATLAB工程計(jì)算語(yǔ)言結(jié)合，必將大大提高虛擬儀器的開(kāi)發(fā)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊樂(lè)平，李海濤，楊磊.LabVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[2]裴鋒，汪翠英，李資榮.基于LabVIEW的虛擬儀器算法解決方案[J].自動(dòng)化儀表，2005，26（8）：63-65.

作者簡(jiǎn)介：

宋凡峰（1981-），男，山東濟(jì)寧人，山東水利職業(yè)學(xué)院教師，主要從事電氣工程、自動(dòng)檢測(cè)等方面的教學(xué)與研究。